烘烤中煙葉生理生化變化及其影響因子研究進展

陳少鵬,汪代斌,郎定華,鄧大慶,何仕虎,冉茂亮

(重慶市煙草公司萬州分公司,萬州 404000)

煙葉烘烤是把綠色或黃綠色、含水量高的鮮煙轉(zhuǎn)變成具良好香氣和吃味的干煙葉,是煙葉脫水干燥的物理過程和內(nèi)部生物化學變化的統(tǒng)一,其任務是創(chuàng)造和應用適宜的溫濕度條件,控制和促進酶的活動,鞏固和發(fā)展田間煙葉成熟時所積累的優(yōu)良性狀,促進煙葉的外觀色澤、物理性狀和內(nèi)部化學成分及香吃味向著有利于提高煙葉質(zhì)量的方向轉(zhuǎn)變,同時排除水分實現(xiàn)干制,烤出符合卷煙工業(yè)需要的原料[1,2]。本文綜述了溫濕度(烘烤環(huán)境)、成熟度、烘烤設備、采收與烘烤方式等對烘烤中煙葉生理生化變化的影響,以期對烘烤中煙葉生理生化的研究有所啟示。

1 烘烤中溫濕度對煙葉生理生化變化的影響

溫濕度是烘烤環(huán)境的最重要因子。煙葉中的一切生理生化活動都是以水為介質(zhì)進行的。烤房內(nèi)的溫濕度對煙葉水分和溫度的影響直接決定著煙葉組織細胞內(nèi)生化變化的速度和方向,最終影響煙葉的烘烤質(zhì)量[3]。烘烤過程中淀粉酶活性變化出現(xiàn)兩個高峰,即變黃的中后期和定色后期至干筋期,淀粉大量降解的溫度范圍為 38～ 44℃,不同部位的煙葉具有相同的變化規(guī)律[4]。但是蔡憲杰等[5]研究認為,高峰分別出現(xiàn)在36℃和38℃;小卷筒狀態(tài)下,在37～40℃范圍內(nèi)煙葉淀粉酶的活性隨溫度升高而增加,隨相對濕度的增大而逐漸升高。王懷珠等[6]研究認為,烘烤過程中淀粉酶和淀粉磷酸化酶活性均出現(xiàn)2次高峰,分別處于烘烤的變黃中期和定色前期,與前者的研究結(jié)果也不一致。在整個烘烤過程中采用低溫低濕變黃、慢速升溫定色的烘烤方案,煙葉內(nèi)淀粉酶和淀粉磷酸化酶活性較高,有利于煙葉淀粉的降解和還原糖的提高[6,7]。烘烤中隨著烘烤濕度的提高,干物質(zhì)損失量、淀粉降解量、可溶性糖的含量都有增大的趨勢,不同部位的煙葉具有相似的規(guī)律[8]。淀粉的降解,總糖和還原糖的累積主要發(fā)生在變黃期和定色初期。煙葉中的還原糖含量和還原糖/總糖比值呈現(xiàn)出隨著變黃溫度的降低而增大的現(xiàn)象。烤煙變黃期溫度31～35℃處理烤后煙葉還原糖含量和還原糖 /總糖比值較高[9]。采用低溫中濕變黃及中濕定色烘烤工藝,烤后煙葉質(zhì)量最優(yōu)。在低溫中濕變黃條件(變黃階段干球溫度38℃,相對濕度85%～ 80%)下,淀粉酶、蛋白酶、超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)活性較高,丙二醛(MDA)積累較少,有利于煙葉內(nèi)含物質(zhì)的分解轉(zhuǎn)化[10,11]。低溫中濕變黃處理能提高煙葉中性致香物質(zhì)的含量,對煙葉香氣有重要貢獻的草酸、蘋果酸、硬脂酸等酸性致香物質(zhì),以及一些中性致香物質(zhì)均有不同程度的提高[12,13]。

烘烤前 48 h,低濕處理淀粉酶活性較高,淀粉降解快,之后,則以高濕處理淀粉酶活性較高,淀粉降解快,最后淀粉殘留量最低[14]。宮長榮等[15]研究認為,烘烤過程中在35～ 38℃變黃,并在煙葉變黃后延長 12 h和在 42℃條件下凋萎 12 h,有利于淀粉降解和煙葉品質(zhì)改善。類胡蘿卜素含量隨烘烤過程推進逐漸降低,慢速升溫烘烤類胡蘿卜素各組分降解量相對較大,但處理間差異不顯著。烘烤條件對酶活性影響顯著,并且對煙葉烘烤質(zhì)量的影響是雙向的,定色前期相對較高的酶活性有利于生成更多的香氣前體物質(zhì)[16]。

2 成熟度對煙葉生理生化變化的影響

自20世紀80年代以來,世界優(yōu)質(zhì)煙主產(chǎn)國之間煙葉質(zhì)量競爭的核心問題是煙葉的成熟度[17]。煙葉成熟度與煙葉的色、香、味密切相關。煙葉成熟度不同,其化學成分組成不同,而化學成分決定了煙葉的內(nèi)在質(zhì)量,尤其是糖、氮、煙堿等代表性常規(guī)成分,它們對煙葉和煙氣的感官質(zhì)量有重要影響[18]。王傳義等[19]研究認為,烘烤中不同成熟度煙葉淀粉酶活性均呈雙峰曲線的變化規(guī)律,變黃前、中期各處理煙葉淀粉酶活性的升高和淀粉相對降解量呈正相關,但后期相關性不高。煙葉淀粉和色素的降解規(guī)律一致,均在變黃期(45℃以前,含水量 30%以上)快速降解,特別是烘烤的前 48 h降解量最大。淀粉和葉綠素含量隨成熟度的提高而明顯降低。適熟鮮煙葉淀粉含量較高,烘烤中降解較快。在烘烤過程中成熟度適宜的煙葉 SOD和 POD等保護酶活性較高,而 PPO活性較低。

3 烘烤設備對煙葉生理生化變化的影響

煙葉的烘烤設備及其配套的烘烤工藝,其功能就是創(chuàng)造一個適宜的溫濕度環(huán)境,使煙葉在變黃期、定色期朝著有利于改善煙葉品質(zhì)的方向轉(zhuǎn)化,從而提高煙葉的烘烤質(zhì)量。李春喬等[20]研究認為,巴西式烤房在中上等煙比例、級別等方面優(yōu)于其它各類型烤房,尤其對下部煙葉烘烤效果較好。立式正面分火烤房烘烤效果也比較好。對上部煙葉烘烤效果最好的是韓國式烤爐,控溫控濕效果好,中部煙葉中上等煙比例高。

云煙 2000型烤房及其配套烘烤工藝比普通立式爐烤房及其配套烘烤工藝極顯著地降低了煙葉的淀粉含量,在一定程度上改善了煙葉的評吸質(zhì)量[21]。另外,采用熱風循環(huán)普通烤房及配套烘烤技術和立式爐熱風室烤房及其配套烘烤技術調(diào)制后的煙葉淀粉含量分別為6.83%和7.73%,其差異達到了極顯著水平,而且熱風循環(huán)烤房及配套烘烤技術調(diào)制出的煙葉評吸質(zhì)量也有一定程度的改善[22]。

納米涂料烤箱烘烤過程中煙葉的果膠甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶(PG)及纖維素酶活性峰值分別出現(xiàn)在42,48和 38℃,其中 PG和纖維素酶活性峰值比普通烤箱(對照)提前出現(xiàn),但烘烤后期細胞壁酶活性均比對照偏低。烘烤中處理纖維素含量明顯高于對照,可溶性果膠、原果膠、總果膠含量 42℃以后也明顯高于對照[23]。

4 采收、烘烤方式對煙葉生理生化變化的影響

在烘烤期間 24～48 h內(nèi)帶莖煙葉自由水含量有所增加,且失水速度明顯低于不帶莖煙葉。烘烤期間帶莖煙葉淀粉含量低,可溶性總糖和還原糖的含量在 72 h前增加幅度較大,總氮變化不大,硝酸鹽和亞硝酸含量表現(xiàn)為前期上升后期下降的規(guī)律[24]。頂葉帶莖烘烤在變黃 12～ 24 h時葉綠素、類胡蘿卜素降解速度快于不帶莖采收烘烤,且類胡蘿卜素的降解量大。帶莖采收烘烤的PPO,POD活性和MDA含量總體上較低,SOD活性高。帶莖采收煙葉的淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶活性均表現(xiàn)出較高的活性。烘烤過程中谷草轉(zhuǎn)氨酶GOT活性常規(guī)采收>一次采收>帶莖采收;谷丙轉(zhuǎn)氨酶GPT活性帶莖采收>常規(guī)采收>一次采收[25,26]。

散葉密集烘烤因裝煙方式與常規(guī)掛竿烘烤不同,影響煙葉質(zhì)量形成的主要變化因素為變黃后期煙葉失水速度較快,定色階段煙葉失水速度較慢,所需定色時間相應較長[27]。在烘烤過程中,煙草上二棚葉和頂葉中葉綠素(Chl)含量和多酚氧化酶(PPO)活性都有不同程度的下降,而淀粉酶活性和丙二醛含量則呈上升趨勢。一次性帶莖采烤的煙葉中上二棚葉和頂葉中的PPO活性和 MDA含量均下降,淀粉酶活性則增高[28]。不同密集烘烤方式(散葉和掛竿密集)煙葉葉綠素a、葉綠素b的降解都呈現(xiàn)前期下降快而后期趨于穩(wěn)定的趨勢,類胡蘿卜素變化不穩(wěn)定;掛竿密集烘烤煙葉的含水率比散葉下降快,且下降的規(guī)律性更強,呈現(xiàn)先緩慢下降,然后急劇下降,隨后又緩慢下降的規(guī)律[29]。

5 其它烘烤生理變化研究

烘烤過程中過氧化氫酶活性的變化呈拋物線型。變黃中期活性較大,變黃初期及定色期活性較低。中部煙葉與上部煙葉、下部煙葉之間有極顯著差異,但不同品種之間差異不顯著[30]。在烘烤不當?shù)臈l件下,被多酚降解抑制劑處理的煙葉多酚含量明顯高于對照,其中對烤煙多酚降解抑制作用最強的是 NaDiCa,聚乙烯吡咯烷酮相對弱些但無異味,它們可能是防止不當烘烤導致煙葉褐變的有效抑制劑[31]。煙葉總酚、綠原酸含量在烘烤開始后的前 24 h呈增加趨勢,之后降低,至60 h或72 h降到最低,72 h后又迅速升高直到烘烤結(jié)束;蕓香苷含量隨烘烤進程的推進基本呈遞增趨勢,多酚氧化酶、過氧化物酶活性變化趨勢相反。在烘烤過程中蕓香苷的含量變化與總糖含量呈極顯著正相關(r=0.822**),與淀粉、煙堿和蛋白質(zhì)含量呈極顯著負相關[32]。

6 展 望

在烘烤過程中煙葉處于動態(tài)變化的溫濕度環(huán)境,而煙葉酶活性又受多種因素影響,如成熟度,因此烘烤過程中煙葉的生理生化反應規(guī)律并不是完全一致的。但目前密集烤房烘烤的煙葉生理生化機理研究結(jié)論有太多迥異之處(如淀粉酶),因此,還有待深入研究。溫濕度環(huán)境在很大程度上決定了煙葉內(nèi)部各種生理生化變化和各種大分子生物化合物的轉(zhuǎn)化。烘烤變黃溫度影響煙葉中主要酶類的活性和作用時間,從而影響大分子物質(zhì)的降解。通過調(diào)控溫濕度環(huán)境,改善烘烤條件和工藝,改善煙葉品質(zhì)的主要化學成分,減少香氣物質(zhì)的損失,使煙葉內(nèi)在各種成分的比例更趨于協(xié)調(diào),達到提高煙葉品質(zhì)的目的。

成熟度是煙葉質(zhì)量的核心因素。從當前生產(chǎn)情況看,由于成熟不夠而導致烤后煙葉等級質(zhì)量不高,青筋、浮青、顏色偏淡、結(jié)構較緊密、香吃味不好依然是亟待解決的主要問題之一。商品煙葉成熟度不夠是影響我國煙葉品質(zhì)的最主要因素之一,主要表現(xiàn)在烤后煙葉組織不夠疏松,葉片僵硬,雜色和掛灰煙葉多,工業(yè)可用性差。提高煙葉成熟度,依然是研究煙葉烘烤生理變化和提高煙葉質(zhì)量的前提條件。此外,采收、烘烤方式在一定程度上也能夠改善煙葉的品質(zhì),但是從綜合效益上分析,有沒有推廣的價值,還有待探討。

烤房作為烘烤工藝的載體,是煙葉烘烤的關鍵設備。由于烘烤設備陳舊等原因,導致煙葉感觀質(zhì)量一般,化學成分不太協(xié)調(diào),煙葉可用性降低。烘烤設備對烘烤中煙葉生理生化變化具有不可忽視的影響?？痉繙貪穸葓龇植季鶆蛐?升溫的靈敏性,風機、電源的穩(wěn)定性等依然是影響煙葉烘烤質(zhì)量不可忽視的因素。提高設備的耐用性,完善烘烤工藝,也是提高煙葉生理生化轉(zhuǎn)化程度和煙葉品質(zhì)的重要因素。

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